JP2011521764A - How to find the desired state in a subject - Google Patents
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Abstract
被験者における望ましい状態を求める方法であって、前記被験者の1つ以上の生理的パラメータを測定する段階と、前記測定したパラメータを用いて値を計算する段階と、前記計算した値を修正するか決定する段階と、前記決定が、前記値を修正するというものであるとき、前記計算した値を修正する段階と、前記計算した値の動く方向を決定する段階であって、前記決定が、前記値を修正するというものであるとき、前記計算した値を修正する段階は、前記値の前記動く方向に依存する段階と、前記被験者に対する出力を発生する段階であって、前記出力は前記修正した値に比例する段階とを有する方法。前記決定が前記値を修正するというものであるとき、前記計算した値を修正する段階は、修正スキームにアクセスする段階と、前記修正スキームに従って前記計算した値を修正する段階とを有してもよい。前記計算した値を修正する一方法は、前記計算した値の増幅である。 A method for determining a desired state in a subject, comprising measuring one or more physiological parameters of the subject, calculating a value using the measured parameter, and determining whether to correct the calculated value And, when the determination is to modify the value, modifying the calculated value and determining a direction in which the calculated value moves, wherein the determination includes the value The step of correcting the calculated value is dependent on the moving direction of the value and generating an output for the subject, the output being the corrected value. And a step proportional to. When the determination is to modify the value, modifying the calculated value may include accessing a modification scheme and modifying the calculated value according to the modification scheme. Good. One way to modify the calculated value is to amplify the calculated value.
Description
本発明は、被験者における望ましい状態を求める方法及びシステムに関する。 The present invention relates to a method and system for determining a desired condition in a subject.
バイオフィードバック研究はすでに確立された研究分野である。1つ以上のセンサ、例えば、電気皮膚反応、局所的皮膚温度、心拍数と心拍数変動、呼吸、筋電図、脳波などのセンサで構成されているバイオフィードバックシステムがある。こうしたシステムの目的は、生のセンサ信号から、被験者の感情的体験について解釈できる一定の生理的パラメータを抽出することである。ユーザが自分の状態に関する情報を得て、自分の身体的反応とその結果生じる感情とをコントロールすることを学習できるように、その時の感情的体験を、好ましくはリアルタイムで、ユーザにフィードバックする。近年、ライフスタイルアプリケーションにおけるバイオフィードバックの利用が盛んに行われており、例えば、三洋マッサージチェアテクノロジ社などからセンサを有するマッサージ装置が発売されている(特許文献1参照)。 Biofeedback research is an established research field. There are biofeedback systems that are composed of one or more sensors, such as, for example, electrical skin reactions, local skin temperature, heart rate and heart rate variability, respiration, electromyogram, electroencephalogram. The purpose of such a system is to extract certain physiological parameters from raw sensor signals that can be interpreted about the emotional experience of the subject. The emotional experience at that time is preferably fed back to the user, preferably in real time, so that the user can obtain information about his condition and learn to control his physical responses and the resulting emotions. In recent years, biofeedback has been actively used in lifestyle applications. For example, a massage device having a sensor is sold by Sanyo Massage Chair Technology Co., Ltd. (see Patent Document 1).
同様のアイデアが特許文献2に示されている。この文献は、人の心理・生理的状態をモニタする装置を開示している。この特許では、プログラムは、自分の心理・生理的状態の1つ以上の側面をコントロールするようにユーザをトレーニングするように設計されており、その実行は、ユーザの電気皮膚抵抗などの心理・生理的パラメータを表す信号によりコントロールされる。この信号は、ユーザの隣り合った指で、2つのコンタクトを有するセンサユニットにより検出される。センサユニットはレシーバユニットと別々になっている。レシーバユニットは上記プログラムを実行するコンピュータに接続されている。従来のすべてのシステムの目的は、被験者に自分のその時の成績に関する正確なフィードバックを提供することである。確かに、多くのアプリケーションでは、フィードバックの正確性が最も重要である。
A similar idea is shown in
それゆえ、本発明の目的は従来技術の改良である。 The object of the present invention is therefore an improvement over the prior art.
本発明の第1の態様は、被験者における望ましい状態を求める方法であって、前記被験者の1つ以上の生理的パラメータを測定する段階と、前記測定したパラメータを用いて値を計算する段階と、前記計算した値を修正するか決定する段階と、前記決定が、前記値を修正するというものであるとき、前記計算した値を修正する段階と、前記被験者に対する出力を発生する段階であって、前記出力は前記修正した値に比例する段階とを有する方法である。 A first aspect of the invention is a method for determining a desired state in a subject, measuring one or more physiological parameters of the subject, calculating a value using the measured parameters, Determining whether to modify the calculated value; correcting the calculated value when the determination is to modify the value; and generating an output for the subject, The output is proportional to the corrected value.
本発明の第2の態様は、被験者における望ましい状態を求めるシステムであって、前記被験者の1つ以上の生理的パラメータを測定するように構成された1つ以上のセンサと、前記測定したパラメータを用いて値を計算し、前記計算した値を修正するか決定し、前記決定が前記値を修正するものであるとき、前記計算した値を修正するように構成されたプロセッサと、前記被験者に対する出力を発生するように構成された1つ以上の出力装置であって、前記出力は前記修正した値に比例する出力装置とを有するシステムである。 A second aspect of the invention is a system for determining a desired condition in a subject, comprising one or more sensors configured to measure one or more physiological parameters of the subject, and the measured parameters. A processor configured to modify the calculated value when the calculated value is used to determine whether to modify the calculated value and the determination is to modify the value; and an output to the subject One or more output devices configured to generate the output, wherein the output is an output device proportional to the modified value.
本発明により、バイオフィードバックを変更して感情的体験をよくすることが可能である。この方法とシステムは、例えばライフスタイル装置におけるバイオフィードバックの利用に関する。人は、その時の自分の感情的体験を認識するにはフィードバックモニタリングに多きく依存しがちである。変更したバイオフィードバックの実施により、システムの使用中に、改良された(enhanced)感情的及び/または性的興奮を達成する方法を提供する。本方法の特徴は、ユーザが自分の体が感情的に興奮(またはその逆にリラックス)すると信じ始めるように、ユーザにフィードバックするセンサ信号のバイアス/変更(alteration)である。その結果、心理的要因と生物学的要因の間の複雑な相互作用によって、心に生じるもの(例えば、性的欲望)が刺激される。 According to the present invention, it is possible to change the biofeedback to improve the emotional experience. The method and system relate to the use of biofeedback, for example in lifestyle devices. People tend to rely heavily on feedback monitoring to recognize their emotional experiences at that time. The implementation of modified biofeedback provides a way to achieve enhanced emotional and / or sexual arousal during use of the system. A feature of the method is the bias / alteration of sensor signals that feed back to the user so that the user begins to believe that their body is emotionally excited (or vice versa). As a result, complex interactions between psychological and biological factors stimulate what occurs in the mind (eg, sexual desire).
いままで、バイオフィードバックシステムでは、ユーザに、(例えば、電気皮膚反応(GSR)、筋電図(EMG)、心拍数変動(HRV)などの)生理的機能に関する正確なフィードバックを提供することが強調されてきた。この「体に注意を払う(minding the body)」アプローチの主な目的は、ユーザのリアルタイムコーチングにあることは、ヘルスケアドメインでは周知であるが、これに限定はされない。ここでは、心理・生理検知方法(及び、その結果の診断)の時間的及び機能的な精度と分解能が非常に重要である。アプリケーションの一例は、上記の先行技術特許に記載されているように、その心理・生理的状態の1つ以上の側面を制御するようにユーザを訓練することである。その意味で、バイオフィードバックを用いて、ユーザの自己行動修正(self-behaviour modification)を起こさせる。例えば、この方法論は、(注意深さの哲学に関する)ネガティブな行動パターンを修正させるようにユーザを訓練するために用いることができる。 To date, biofeedback systems have emphasized providing users with accurate feedback on physiological functions (eg, electrodermal response (GSR), electromyogram (EMG), heart rate variability (HRV), etc.). It has been. It is well known in the healthcare domain that the main purpose of this “minding the body” approach is user real-time coaching, but is not so limited. Here, the temporal and functional accuracy and resolution of the psychological / physiological detection method (and the diagnosis of the result) are very important. An example of an application is to train a user to control one or more aspects of its psycho-physiological state, as described in the above prior art patents. In that sense, biofeedback is used to cause user self-behavior modification. For example, this methodology can be used to train a user to correct negative behavioral patterns (related to careful philosophy).
従来のバーチャルリアリティシステムでは、物理的な触覚の現実的なシミュレーションが力のフィードバックにより提供される。力のフィードバックのアプリケーションは、人体のデリケートなエリアにおいて外科用メスでどのくらい強く押すかを外科医に教える医療トレーニングシステムから、コンピュータゲームで使われる一般のジョイスティックまで、広範囲にわたる。例えば、http://encyclopedia.farlex.com/force+feedbackを参照。力のフィードバックの使用は、より現実的でより強い体験を提供することが知られている。これらのアプリケーションでは、目的は再び正確なフィードバックの提供である。 In conventional virtual reality systems, realistic simulations of physical haptics are provided by force feedback. Force feedback applications range from medical training systems that teach surgeons how to push with a scalpel in a sensitive area of the human body, to common joysticks used in computer games. For example, see http://encyclopedia.farlex.com/force+feedback. The use of force feedback is known to provide a more realistic and stronger experience. In these applications, the goal is again to provide accurate feedback.
エンドユーザの視点から、センサを有するマッサージ装置などのライフスタイルやウェルネスの分野の装置は、ヘルスケアアプリケーションの場合と同様に、ユーザの体の制御にはフォーカスしていない。むしろ、ユーザが制御できないことによる喜びの改良(enhancing)に重点がある。ユーザのニーズによって、アプリケーションに対するアプリオリなアプローチは異なる。高分解能と高精度なバイオフィードバックシステムの開発は、この場合、中心的な問題ではない。問題は、何がユーザの感情的体験を強めるかという点にある。 From the end user's perspective, devices in the lifestyle and wellness fields, such as massage devices with sensors, are not focused on controlling the user's body, as is the case with healthcare applications. Rather, the emphasis is on enhancing the pleasure of being out of control by the user. The a priori approach to the application depends on the user's needs. The development of a high-resolution and high-precision biofeedback system is not a central issue in this case. The problem lies in what enhances the emotional experience of the user.
このように、本システムと方法は、従来のアプリケーションとは異なる。マッサージ装置やAureaテレビジョン(http://www.aurea.philips.com参照)などの装置により提供されるライフスタイルやウェルネスの分野において、エンドユーザのニーズは、ヘルスケア分野のユーザのニーズとは非常に異なる。すなわち、エンドユーザは、基本的に、バイオフィードバックの帰納的な分解能に興味を有している。これはまたライフスタイル機器はあまり技術的に見えないという一般的な洞察を反映している。エンドユーザは、ライフスタイルの広い範囲で、エンターテイメント、楽しみ、簡単なユーザインタフェースにむしろフォーカスする必要がある。これは、力のフィードバックを有するコンピュータゲームにある価値と同様である。 Thus, the present system and method are different from conventional applications. In the lifestyle and wellness fields provided by devices such as massage devices and Aurea television (see http://www.aurea.philips.com), end user needs are the needs of healthcare users. Very different. That is, the end user is basically interested in the inductive resolution of biofeedback. This also reflects the general insight that lifestyle devices are less technically visible. End users need to focus rather on entertainment, fun, and a simple user interface across a wide range of lifestyles. This is similar to the value found in computer games with power feedback.
この積極的にインスパイアされたアプローチにより、「問題と機能障害の解決」のヴィジョンを「ユーザの喜びの改良」のヴィジョンに変換される。 This positively inspired approach transforms the vision of “solving problems and dysfunctions” into a vision of “improving user joy”.
(ユーザが健康関連の理由にフォーカスする必要がある)ヘルスケアの分野では診断とフィードバックモニタリングの精度が大きな関心であるが、ライフスタイルとウェルネス(例えばマッサージ)の分野では、エンターテイメントのインパクトがはるかに重要である。両分野の重きの違い(ユーザニーズの違い)により、アプリケーションは完全に異なる。バイオフィードバックを変更するシステムを利用して、エンターテイメントアプリケーション一般、及びマッサージ装置などのより具体的な装置に大きなインパクトを与えることができることを提案する。 The accuracy of diagnosis and feedback monitoring is of great interest in the healthcare field (users need to focus on health-related reasons), but the impact of entertainment is much more in the lifestyle and wellness (eg massage) areas is important. Due to the differences between the two areas (differences in user needs), the application is completely different. We propose that a system that changes biofeedback can be used to make a big impact on entertainment applications in general and more specific devices such as massage devices.
従来のシステムでは、ユーザは、その時の生理的状態(及び、その結果、必要に応じて、自分のその時の感情的状態)の正確なフィードバックを受け取り、または、システム(すなわち、コンピュータゲーム等)によりシミュレーションされる活動に対する正確なフィードバックを受け取る。しかし、本発明は、必ずしもその時の感情的状態ではない、ユーザの望ましい感情的状態に基づき刺激を提供するのがより効果的になるようにユーザの感情的状態に影響するために、設計されている。例えば、被験者がリラックスしたいとき、その時にストレスがたまっているというフィードバックを受けても役に立たない。より有益なアプローチは、「快適そうだ」といったフィードバックを与え、この示唆が被験者に少なくとも少しよく感じさせることを願うことである。このような示唆的なリマークをするアプローチは、(ユーザの実際の状態ではないことが明らかでも)いかなる感情的状況に適用して、被験者に望ましい感情的状態に気づかせることができる。同様に、ユーザのその時の感情的状態を単に反映するシステムは、ユーザにおける望ましい状態を生じさせるのに理想的ではない。 In conventional systems, the user receives accurate feedback of the current physiological state (and consequently, his current emotional state, if necessary) or by the system (ie, computer game, etc.) Receive accurate feedback on simulated activities. However, the present invention is designed to affect a user's emotional state so that it is more effective to provide a stimulus based on the user's desired emotional state, not necessarily the emotional state at that time. Yes. For example, when a subject wants to relax, receiving feedback that stress has accumulated at that time is useless. A more informative approach is to give feedback “looks comfortable” and hope that this suggestion feels at least a little better. This suggestive remarking approach can be applied to any emotional situation (even if it is clear that it is not the user's actual state) to make the subject aware of the desired emotional state. Similarly, a system that simply reflects the user's current emotional state is not ideal for producing the desired state in the user.
この理由から、本発明では、被験者を望ましい状態にし、例えば被験者の感情的体験を改良するために、主要な目標がバイオフィードバック信号の明示的な変更であるシステム、装置、方法を提案する。提案する変更については、以下に詳細を記す。変更は少なくとも妥当(plausible)なものでなければならない。明らかに落ち込んでいる人に絶好調に見えると言ったとしても、それは明らかに信じられない。同様に、フィードバックの操作も妥当でなければならない。これについては、フィードバックを変更するアルゴリズムを説明するときに検討する。 For this reason, the present invention proposes a system, apparatus, and method in which the primary goal is an explicit change of the biofeedback signal in order to put the subject in a desired state, for example to improve the emotional experience of the subject. The proposed changes are detailed below. Changes must be at least plausible. Even if you say it looks great to someone who is clearly depressed, it's clearly unbelievable. Similarly, the feedback operation must be reasonable. This will be considered when describing the algorithm for changing the feedback.
一実施形態では、感情的体験の強化に重点をおく。体験を強化する目的は、コンピュータゲームにおける力のフィードバックの目的と同様である。違いは、ユーザにフィードバックするセンサ信号の明示的なバイアスである。結局、(自己充足的予言として効果的に機能する)感情的体験における違いを作るのは、ユーザによるフィードバックの評価及び/または解釈である。ここで、示唆性及び/または喚起性が非常に重要である。 In one embodiment, emphasis is placed on enhancing emotional experiences. The purpose of enhancing the experience is similar to the purpose of force feedback in computer games. The difference is an explicit bias of the sensor signal that feeds back to the user. Ultimately, it is the evaluation and / or interpretation of feedback by the user that makes the difference in emotional experiences (acting effectively as self-sufficient prophecy). Here, suggestiveness and / or evocativeness is very important.
好ましくは、前記決定が値を修正するというものであるとき、計算した値を修正するステップは、修正スキームにアクセスし、その修正スキームに従って計算した値を修正するステップを含む。スキームは、システムにより適用される修正にしたがって、計算した値をどう変更するかを規定する、グラフの形式でも、ルックアップテーブル(このテーブルは、基本的にグラフのX、Y軸を含み、プロセッサにおいて実施される)の形式でもよい。これにより、ユーザに対する出力を駆動する値の修正に、高い柔軟性を与えるが、実施は比較的簡単である。システムは、修正スキームにアクセスして、そのスキームに従って修正を実行できる。 Preferably, when the determination is to modify the value, modifying the calculated value includes accessing a modification scheme and modifying the calculated value according to the modification scheme. The scheme also defines a look-up table (which basically contains the X and Y axes of the graph, which defines how the computed value is changed according to the modifications applied by the system, including the X and Y axes of the graph. In the form of This provides a high degree of flexibility in modifying the value that drives the output to the user, but is relatively simple to implement. The system can access the modification scheme and perform modifications according to that scheme.
有利にも、前記決定が値を修正するものであるとき、計算した値を修正するステップは、計算した値を増幅するステップを有する。値の修正は、乗算ファクタによる簡単な増幅であってもよい。修正スキームを用いるとき、このスキームにより、測定した値により、使用する乗算ファクタを決定することができる。例えば、それに向かってユーザがプッシュされている望ましい状態が興奮状態である場合、センサがユーザの心拍数を測定し、ユーザにその時の心拍数を示す出力をフィードバックする。しかし、システムにより供給される変更したフィードバックは、測定した値を増幅し、被験者に影響を与えて実際よりも興奮していると信じさせる。あるいは、変更したフィードバックは、計算した値を減衰することもできる。 Advantageously, when the decision is to modify the value, modifying the calculated value comprises amplifying the calculated value. The correction of the value may be a simple amplification by a multiplication factor. When using a modified scheme, this scheme allows the multiplication factor to be used to be determined from the measured values. For example, if the desired state that the user is pushing toward it is an excited state, the sensor measures the user's heart rate and feeds back an output indicating the current heart rate to the user. However, the modified feedback provided by the system amplifies the measured value, affecting the subject and making him believe he is more excited than it really is. Alternatively, the modified feedback can attenuate the calculated value.
一実施形態では、計算した値を修正するか決定するステップは、計算した値を閾値と比較するステップを含む。また、前記決定が値を修正するものであるとき、計算した値を修正するステップは、計算した値が閾値を(下か上に)超えているとき、その計算した値を増幅するステップを有してもよい。例えば、計算した値が所定の閾値(固定または可変、すなわち時間的に適応、パーソナル化するかしない)よりも低いとき、変更により、計算した値を増幅する。もう一つの場合、計算した値が所定の閾値(固定または可変、すなわち時間的に適応、パーソナル化するかしない)よりも高いとき、変更により、計算した値を増幅する。増幅のレベルは、測定した値に依存してもよい。例えば、被験者が最小心拍数が毎分85拍(BPM)に対応する望ましい状態に向けてプッシュされており、その測定した心拍数が75BPMの閾値より低い場合、1.2の乗算ファクタを用いて、値の増幅を実行する。 In one embodiment, determining whether to modify the calculated value includes comparing the calculated value to a threshold value. In addition, when the determination is to correct a value, the step of correcting the calculated value includes a step of amplifying the calculated value when the calculated value exceeds a threshold value (below or above). May be. For example, when the calculated value is lower than a predetermined threshold (fixed or variable, that is, whether to adapt or personalize in time), the calculated value is amplified by the change. In another case, when the calculated value is higher than a predetermined threshold (fixed or variable, i.e. whether to adapt or personalize in time), the change amplifies the calculated value. The level of amplification may depend on the measured value. For example, if the subject is being pushed toward a desired state corresponding to a minimum heart rate of 85 beats per minute (BPM) and the measured heart rate is below the 75 BPM threshold, a multiplication factor of 1.2 is used. , Perform value amplification.
理想的には、プロセスはさらに、被験者の1つ以上の測定した生理的パラメータをスケールにマッピングするステップを有し、計算した値はそのスケール上の値を有する。被験者の状態を、心拍数などの純粋に客観的な物理的項で計算してもよいが、リラックススケールなどの主観的な項を考えてもよい。例えば、1が最もリラックスした状態、10が最も興奮した状態とする、1から10までのスケールを用いてもよい。1つ以上の測定した生理的パラメータを用いて、被験者のその時の(current)リラックス状態を決定してもよい。これらの離散的状態は、システムにより提供された出力で、被験者に示すこともできる。本発明のシステムは、測定した値の修正により、出力の変更を提供し、被験者に変更したバイオフィードバックを提供する。さらに別の実施形態では、システムはマッサージ装置を有する。
有利にも、前記方法は、さらに、計算した値の動きの方向を決定するステップを有し、前記決定が値を修正するものであるとき、計算した値を修正するステップは、値の動きの方向に依存する。この改良により解決策がより効果的で適応的になる。適用する修正を決定するときに、絶対値を考慮するのに加えて、この値が増加するか減少するかを用いて、適用する調整(すなわち、修正スキームの性質、または多数の所定の修正スキームからの選択、または、修正スキームのオンライン生成)の性質を決定できる。例えば、値が減少しているとき、第1のグラフを用いて修正を決定してもよく、値が増加しているとき、計算した値の修正に第2のグラフを用いてもよい。本システムのさらに別の実施形態では、プロセッサは、計算した値の動きの方向を決定するように構成され、前記決定が値を修正するものであるとき、計算した値を修正するステップは、値の動きの方向に依存する。
Ideally, the process further comprises mapping one or more measured physiological parameters of the subject to a scale, and the calculated value has a value on that scale. Although the subject's condition may be calculated with purely objective physical terms such as heart rate, subjective terms such as a relaxation scale may be considered. For example, a scale from 1 to 10 may be used, with 1 being the most relaxed state and 10 being the most excited state. One or more measured physiological parameters may be used to determine a subject's current relaxed state. These discrete states can also be shown to the subject at the output provided by the system. The system of the present invention provides a change in output by modifying the measured value, and provides the subject with a changed biofeedback. In yet another embodiment, the system has a massage device.
Advantageously, the method further comprises the step of determining the direction of movement of the calculated value, and when the determination is to correct the value, the step of correcting the calculated value Depends on direction. This improvement makes the solution more effective and adaptive. In deciding which correction to apply, in addition to taking the absolute value into account, whether this value increases or decreases, the adjustment to apply (i.e. the nature of the correction scheme, or a number of predetermined correction schemes Or the nature of the modification scheme online generation). For example, the correction may be determined using a first graph when the value is decreasing, and the second graph may be used to correct the calculated value when the value is increasing. In yet another embodiment of the system, the processor is configured to determine a direction of movement of the calculated value, and when the determination is to modify the value, the step of modifying the calculated value comprises: Depends on the direction of movement.
添付した図面を参照して、例により、本発明の実施形態を説明する。
図1は、被験者12における望ましい状態を求めるシステム10を示す。システム10は、被験者12の1つ以上の生理的パラメータを測定するように構成されたセンサ14と、測定したパラメータを用いて、いろいろな計算を実行するように構成されたプロセッサ16と、被験者12に対する出力を発生するように構成された出力装置18とを有する。システム10は、被験者12の皮膚温度や心拍数などのパラメータをモニタし、出力装置18を介して被験者12にフィードバックを提供する、事実上フィードバックシステムである。
FIG. 1 shows a
図面は被験者12が3つのセンサ14でモニタされていることを示している。第1のセンサ14aは、皮膚伝導度測定装置であり、第2のセンサ14bは、被験者12の顔の表情と頭の位置とをモニタするカメラであり、第3のセンサ14cは、被験者の胸に巻いたストラップで固定されたワイヤレス心拍数モニタである。センサ14aと14cは、被験者12の生理的パラメータを直接測定している直接センサと考えられ、センサ14bは、被験者12の顔の表情、及び/または被験者の頭の動くレートなどの生理的パラメータを測定している間接センサである。その他の使える間接的生理的センサには、ユーザがその時の状況に応じてユーザインタフェースとインターラクトする仕方がある。例えば、ユーザが運転中にハンドルを握る圧力などである。
The drawing shows that the subject 12 is monitored by three
出力装置18は、プロセッサ16のコントロール下で、被験者18に出力を供給するように構成されたスピーカである。図に示した出力装置18は1つだが、同種または異種の複数の出力装置18を使えない理由はない。例えば、ディスプレイ装置を含む出力装置18を設けてもよい。被験者12は、オーディオ装置18により、またコンサートでは関連したディスプレイ装置により、フィードバックを提供される。複数の出力装置18、または1つの出力装置18は、装置18により被験者12に提供されるフィードバックの範囲と強さを決定するプロセッサ16のコントロール下で、被験者12へのフィードバック全体を提供する。
The
システム10は、センサ14により測定され、雰囲気フィードバックまたは装置フィードバックのいずれかにより、システム10のユーザ12にフィードバックされる、バイオフィードバック信号を変更する方法を開示する。システム10の基本的な機能は、電気皮膚反応、局所的皮膚温度、顔の表情、心拍数と心拍数変動、呼吸、筋電図などの一定の生理的属性を測定し、ユーザへのバイオフィードバックを変更することである。プロセッサ16は、ユーザ12へのフィードバックを制御し、ユーザに提供するフィードバックを修正するように構成されている。
The
センサ14は、ユーザ12の体の位置、顔の表情、動作、動きなどの1つ以上の生理的信号を記録するために、設けられている。好適なセンサには、被験者の心拍数信号(心拍数変化からリラックス状態を求められる)の測定が含まれる。心拍数信号は、いろいろな方法で決定できる。例えば、ECG信号を測定する従来の電気的Ag/AgCl電極で、例えば、静電気感知ベッド(SCSB)、または椅子に組み込んだピエゾ薄膜やEMFiフィルムセンサで、心弾動図を測定することにより、ユーザの酸素飽和(SPO2)を測定することにより、指、耳、その他の場所で(光)電脈波PPGを測定することにより、非電気的容量電極を用いて、腕時計状装置を用いて、地震計(SSG)、超広帯域レーだ、光振動心電計、マイクロホンによる音響計測(心音図)を用いて、またはセンサを組み込んだインテリジェント繊維または下着を用いて、決定できる。
The
その他の生理的測定装置には、皮膚伝導度/発汗(これは、本技術分野において感情的興奮として周知であり、ユーザの興奮のレベルを判定するのに最も適している)、熱電対を用いたフルコンタクト測定や、非コンタクト赤外線検出温度計を用いた(皮膚)温度、EEGによる脳波パターンを測定するものが含まれる。他のセンサには、血流センサ(例えば、光ベースセンサ)、及び血液ガスレベルセンサ(例えば、酸素レベルを測定するもの)が含まれる。 Other physiological measuring devices use skin conductivity / perspiration (this is known in the art as emotional excitement and is best suited to determine the level of user excitement), thermocouples Measurement of full-contact measurement, (skin) temperature using a non-contact infrared detection thermometer, and EEG pattern by EEG. Other sensors include blood flow sensors (eg, light-based sensors) and blood gas level sensors (eg, those that measure oxygen levels).
センサ14により測定できるその他の生理的パラメータには、筋肉の緊張(好ましくはEMGにより電気的に測定される)と呼吸レートがある。これは心拍数変動から求めることができ(ECG信号から判断して)、または伸縮バンドにより胸/腹部で直接測定できる)。あるいは、ヘッドセットや電話のマイクロホンを用いて、被験者12の呼吸レートを自動的に検出できる。この信号を用いてもユーザ興奮を測定できる。
Other physiological parameters that can be measured by
センサ14を用いても音声ベースの分析を実行できる。例えば、音声分類手段を用いて、オーディオ信号の周波数分布の分析により、笑い、熱心な話し、叫び、泣き、社会的状況における大きな変化を検出し、より一般的には感情的状態の表示を求めることができる。同様に、ビデオベースの分析も使える。例えば、コンピュータビジョンを用いて、パーティ、笑顔などの社会的イベントを検出し分類できる。また、顔の各パーツの相対的な位置(口に対する目と鼻)を用いて、例えば、「喜び対興奮レベル」スケールの形で、ユーザの感情的状態を規定することもできる。これは、バース大学における「共感的ペインティング」プロジェクトなどで行われている(http://www.cs.bath.ac.uk/~vision/empaint)。
Voice-based analysis can also be performed using the
プロセッサ16は、リアルタイムで生の生理的信号を処理するソフトウェアを実行する。一定の時間ウィンドウ内で、生理的信号の最小及び最大パラメータ値を、ピーク検出により計算する。規格化手順により、プロセッサ16は、一定の時間における極値に関してパラメータ値を評価でき、それゆえ、ベースラインパラメータ値における時間変動を制御できる(これにより、システムに、パーソナル化した、時間的にアダプティブはパラメータインターバルを提供する)。
The
被験者12の望ましい感情的状態は、閾値(下記参照)により規定されるが、時間的に不変であるとも、時間的に可変であるとも考え得る。最も簡単な実施形態は、1つか2つの固定閾値を使うことである。より進んで実施形態では、ベースラインパラメータレンジにおける時間変動をカプセル化して、1つまたは2つの可変閾値を用いてもよい。フィードバック変更アルゴリズムは、プロセッサ16により実行され、被験者12に対するフィードバックの修正を決定する。システム10の核心は、ユーザ12に提示されるバイオフィードバックの変更に関する。バイオフィードバックを変更するように用いられるアルゴリズムを、以下により詳しく説明する。
The desired emotional state of the subject 12 is defined by a threshold value (see below), but may be considered to be invariant in time or variable in time. The simplest embodiment is to use one or two fixed thresholds. In a more advanced embodiment, one or two variable thresholds may be used encapsulating time variations in the baseline parameter range. The feedback change algorithm is executed by the
変更したバイオフィードバックシステム10の第1の実施形態では、1つの閾値を有するシステムを用いる。システム10の目標は、ライフスタイル装置を用いつつ、被験者の感情的体験を改良(enhance)することである。システム10の最も簡単な実施形態では、ユーザの感情的体験の望ましい(「最適な」)状態を、生理的に測定したパラメータのいずれかまたはそれぞれ、または2つ以上の生理的パラメータの組み合わせに対する、境界(低いまたは高い閾値のいずれか)により規定する。変更の結果は、ユーザ12に影響して、低い閾値より上か、高い閾値より下の位置に到達し、その境界の正しい側にあることが必要である。
In the first embodiment of the modified
この最適な結果は、2つの基本的な操作により達成される。変更には質的に異なる多くの可能性がある。例えば、増幅、減衰、位相シフト(遅延)、反転、非測定信号(ジッタなど)の重畳、及びこれらの組み合わせである。質的には、変更量は、例えば、その時測定した生理的信号の傾き(例えば、急峻であれば、変更は小さくなり、変更は傾きの符合(正または負の急峻さ)に依存する)、または、その時に測定したパラメータ値の閾値からの距離に依存する。 This optimal result is achieved by two basic operations. There are many different possibilities for change. For example, amplification, attenuation, phase shift (delay), inversion, superimposition of non-measurement signals (such as jitter), and combinations thereof. Qualitatively, the amount of change is, for example, the slope of the physiological signal measured at that time (for example, if it is steep, the change is small, and the change depends on the sign of the slope (positive or negative steepness)), Or it depends on the distance from the threshold value of the parameter value measured at that time.
第1の例を図2に示した。これは、ユーザ12への出力に変更をするか、どのくらい変更するかを決定するプロセッサ16による処理に関する、1つの固定閾値20の原理を説明する図である。この例において測定する生理的パラメータは、皮膚伝導度(GSR)レベルx(t)であり、X軸に示した。変更の増幅率をY軸に示した。望ましい感情的状態22は、1つの閾値20により規定される。固定値(x1)=測定したセンサ信号の低い閾値であり、5μSである。閾値20は、ユーザ12の望ましい状態22を、望ましくない状態24と分ける。
A first example is shown in FIG. This is a diagram for explaining the principle of one fixed
図2のグラフは、x<x1であれば増幅し、x1≦xであれば変更しないという、簡単な決定規則を示している。グラフ26は、ユーザ12に提供される出力を修正するために用いられる修正スキームと考えることができる。システム10は、被験者12の生理的パラメータ(皮膚伝導度)を測定するように動作する。これを用いて値を(ここでは、0乃至20μSのスケールで)計算する。プロセッサ16は、計算したこの値を修正するか決定する。この場合、この決定プロセスは上記の通り閾値20に基づく。計算した値を修正すると決定すると、その値をスキーム26に従って修正する。スキーム26は、計算した値を増幅して修正した値を生成する。システム10は、被験者12に対する出力を発生する。その出力は修正した値に比例する。
The graph of FIG. 2 shows a simple decision rule that amplifies if x <x1 and does not change if x1 ≦ x. The
皮膚伝導度(GSR)値のレンジは、幅広いテスト被験者の典型値として1乃至20μS内にある。例えば、低い閾値x1=5μSと設定することも可能である。その時測定した値が固定閾値20より低いとき、フィードバック信号を増幅する。この例では、増幅量は、実際のパラメータ値と望ましいパラメータ値との間の距離に依存する。計算した値の、低い閾値20からの距離が大きければ大きいほど、スキーム26に従って、フィードバックの変更は急峻になる。図中、実際の増幅率は、フィードバックが閾値に合わせて直接設定される状況に対して与えられる。別の曲線では、ユーザに対して、実際よりも望ましい状態に近いが、まだ望ましい状態ではないという印象を与える、もう少し低い増幅値を用いることができる。以下、バイオフィードバックを変更するいろいろな方法を提示する。
The range of skin conductivity (GSR) values is within 1 to 20 μS as a typical value for a wide range of test subjects. For example, it is possible to set a low threshold value x1 = 5 μS. When the value measured at that time is lower than the fixed
第2の実施例を図3に示した。これは1つの閾値20を用いているが、もう少し進んだアルゴリズムの例である。その時に測定した皮膚伝導度(GSR)信号x(t)が望ましい感情的状態の外側にあるとき、バイオフィードバックを変更する目的は、その人12を正しい心的状態に、すなわち測定したパラメータ値の正しいエリア22にすることである。アルゴリズムは、図3に示したが、人12を低い閾値20より上にするという目的をいかに達成するかの例を与えている。
A second embodiment is shown in FIG. This is an example of an algorithm that uses a
感知したパラメータ値が低すぎたら、フィードバックを変更する。第2の閾値28で規定されたこのエリアでは、増幅は妥当ではない(例えば、人12は今にも寝入ろうとしているので、この時に興奮に関する情報は無関係であり、木に触ることもある)。この第2の閾値28は、例えば低い閾値20の50%以下に設定できる。実際に測定した値と閾値20との間の距離が短ければ、フィードバックの変更が始まる。増幅率をスキーム26により図に示した。これは、測定したセンサ値の方向に応じて、値の修正に用いるスキームは異なる場合である。値が増加しているときは、第1のスキーム26aを用いる。値が減少しているときは、第2のスキーム26bを用いる。特に、スキーム26bは、ユーザが、望ましいエリア22から低い閾値20に近づき始めたとき、閾値20bから、強く修正した値を受ける効果を有する。これにより、彼らは、望ましい領域を離れようとしていると警告し、それを回避する行動を起こすことを可能にする。
If the sensed parameter value is too low, change the feedback. In this area defined by the
この場合、留意すべき点として、ユーザが望ましいエリア22に(まだ)いても、値を修正する。これは、本システムにおいて、ユーザの望ましい状態をある値20で表しつつ、修正用の閾値を望ましい状態を規定する値より高い(20a、20b)または低い値に設定できることを認識することにより、実現できる。
In this case, it should be noted that the value is modified even if the user is (still) in the desired
その時に測定した皮膚伝導度(GSR)信号x(t)が望ましい感情的状態の境界の内側にあるとき、バイオフィードバックを変更する目的は、その人12を正しい心的状態に、すなわち測定したパラメータ値の正しいエリア22に留めることである。図3(特に修正スキーム26b)に示したアルゴリズムは、人を、1つの低い閾値20により規定されるこのエリア内に留めることをいかに達成するかの例を与えている。
When the currently measured skin conductivity (GSR) signal x (t) is inside the boundary of the desired emotional state, the purpose of changing the biofeedback is to place the
別の実施形態では、変更したバイオフィードバックシステム10は、2つの閾値(下と上)で動作する。この別システム10では、本実施形態では、ユーザの感情的体験の最適/望ましい状態は、生理的に測定したパラメータまたは2つ以上の生理的パラメータの組み合わせの2つの境界(下の閾値+上の閾値)により規定される。変更の結果は、ユーザが、2つの境界の内側の位置に到達し、そこに留まるように影響する必要がある。
In another embodiment, the modified
第3の例を、2つの固定閾値の原理を説明する図4に示した。測定する皮膚伝導度(GSR)信号x(t)をX軸に示した。変更の増幅率をY軸に示した。望ましい感情的状態は2つの閾値20と32により規定される:固定値(x1)=測定したセンサ信号の低い閾値;固定値(x2)=測定した信号の高い閾値。被験者を導く望ましい状態22は、低い閾値20と高い閾値32により規定される。測定した生理的パラメータ値が閾値20より低いとき、ユーザ12は望ましくない状態24(リラックスし過ぎ)にあり、パラメータ値が閾値32より高いとき、ユーザ12は望ましくない状態30(ストレスの受けすぎ)にある。
A third example is shown in FIG. 4 for explaining the principle of two fixed thresholds. The measured skin conductivity (GSR) signal x (t) is shown on the X axis. The change amplification factor is shown on the Y-axis. The desired emotional state is defined by two
このライン26は、値を修正して、被験者12への出力を発生する時に用いる値を生成するのに用いる修正スキームを規定する。このグラフは、x<x1であれば増幅し、x1≦x≦x2であれば変更せず、x>x2であれば減衰するという、簡単な決定規則を示している。それゆえ、測定した値が第1の閾値20より低ければ、増幅され、測定した値が第2の閾値32より高ければ、減衰される。
This
皮膚伝導度値のレンジは、幅広いテスト被験者の典型値として2乃至20μS内にある。例えば、低い閾値x1=5μS、高い閾値x2=10μSと設定できる。一方で、その時測定した値が固定閾値20より低いとき、フィードバック信号を増幅する。もう一方で、その時測定した値が固定閾値32より高いとき、フィードバック信号を減衰する。この例では、増幅量は、ライン26が規定しているように、実際のパラメータ値と望ましいパラメータ値との間の距離に依存する。測定した値の閾値20からの距離が大きければ大きいほど、フィードバックの変更は急峻になる。図中、実際の増幅率は、フィードバックが閾値(高い及び低い)に合わせて直接設定される状況に対して与えられる。別の曲線を用いることもできる(増幅や減衰が弱いもの)明らかに、図3で1つの閾値に対して示したように、値が閾値に近づく方向に応じて、異なる曲線を用いることができる。
The range of skin conductivity values is within 2 to 20 μS as a typical value for a wide range of test subjects. For example, a low threshold value x1 = 5 μS and a high threshold value x2 = 10 μS can be set. On the other hand, when the value measured at that time is lower than the fixed
上記の閾値はすべて「固定」閾値である。例えば、他のパラメータの測定を参照して、計算した値に修正を加えるかどうか決定する閾値を、動的に決定することが可能である。この他のパラメータは、局所的な温度などの外的測定であってもよいし、被験者12の他の生理的パラメータであってもよい。システム10において1つ以上の閾値を用いる場合、例えば、第2の閾値を用いて、(妥当性を理由として)修正をしないことを決定する場合、この第2の閾値を、例えば第1の閾値の50%に設定される、第1の閾値の関数として設定することができる。
All of the above thresholds are “fixed” thresholds. For example, with reference to the measurement of other parameters, it is possible to dynamically determine a threshold that determines whether to modify the calculated value. This other parameter may be an external measurement such as a local temperature, or may be another physiological parameter of the subject 12. If more than one threshold is used in the
被験者12における望ましい状態を求める方法を図5にまとめた。この方法は、最初に、ステップS1において、被験者12の1つ以上の生理的パラメータを測定し、次に、ステップS2において、測定したパラメータを用いて値を計算する。前記値を求めるために、プロセッサ16により実行される手順は、被験者12の1つ以上の測定した生理的パラメータをスケールにマッピングし、それゆえ、計算した値はそのスケール上に値を有する。最も簡単な形式では、値は、センサ14が読んだデータから直接生成される。例えば、ユーザの心拍数をセンサ14により測定し、使用する値をユーザの1分当たりの心拍数にする。しかし、異なるセンサ14からのデータを合成して、そのデータを、より抽象的なものであると考えられる、緩和スケールなどのスケールにマッピングする、センサデータのより複雑な処理も可能である。
A method for obtaining a desirable state in the subject 12 is summarized in FIG. The method first measures one or more physiological parameters of subject 12 in step S1, and then calculates a value using the measured parameters in step S2. To determine the value, the procedure performed by
プロセスの次のステップはステップS3であり、計算した値を修正するか決定する。計算した値を修正するか決定するステップは、図2乃至4を参照して詳しく説明したように、計算した値を閾値と比較するステップを有する。プロセッサ16は、所定の規則に従って、計算した値を修正するかどうか決定する。これは、プロセッサ16がプロセスのこの段階で用いる1つ以上のアルゴリズムで実施できる。これはリアルタイムで実行される。
The next step in the process is step S3, where it is determined whether to correct the calculated value. The step of determining whether to modify the calculated value comprises comparing the calculated value with a threshold, as described in detail with reference to FIGS. The
プロセスの第4のステップは、ステップS4であり、前記決定が値を修正するものであるとき、計算した値を修正する。プロセッサ16は、計算した値に修正を加えて、被験者12に対するバイオフィードバックを変更する。前記決定が値を修正するというものであるとき、計算した値を修正するステップは、修正スキーム26にアクセスし、修正スキーム26に従って計算した値を修正してもよい。好ましい実施形態では、前記決定が値を修正するものであるとき、計算した値を修正するステップは、計算した値を増幅する。本システムは閾値を用いて値に修正をするかの前記決定をし、前記決定が値を修正するものであるとき、計算した値を修正するステップは、計算した値が閾値を超えるとき、計算した値を増幅する。
The fourth step of the process is step S4, where the calculated value is modified when the decision is to modify the value. The
より複雑なレベルの処理も可能である。例えば、プロセッサ14が、スケール上での値の動きの方向を決定するように構成されており、前記決定が値を修正するものであるとき、計算した値を修正するステップは、値の動きの負おこうに依存する。
More complex levels of processing are possible. For example, when the
プロセスの最後のステップS5は、被験者12に対する出力の発生である。その出力は修正した値に比例する。この最後のステップは、ユーザ12へのフィードバックである。これにより、音、におい、触覚、視覚などの人の感覚がトリガーされる。操作するパラメータは、例えば、提供されるフィードバック信号の強さや頻度である。光によるフィードバックを、色の変化や明るさの変化により与えることができる。音によるフィードバックを、音程の変化や振幅の変化により与えることができる。または、両耳に供給する音声を用いる場合、変更したバイオフィードバック信号に応じて、方向的な特性(binaural inter-aural time and level differences)を変化させてもよい触覚によるフィードバックは、触知できる刺激のリズムの変化や、刺激圧力や刺激の長さの変化により与えることができる。においによるフィードバックは、香りの変化や、においの強さの変化により与えることができる。最後に、フィードバックは、意識的な提示によっても、サブリミナルメッセージによっても、これらの組み合わせによっても提供できる。
The final step S5 of the process is the generation of output for the subject 12. Its output is proportional to the corrected value. This last step is feedback to the
システム10を実施できる、多くの実施形態とアプリケーションがある。例えば、変更したバイオフィードバック信号をランプなどの外部装置にワイヤレスで送信して、そのランプのカラーホイールをフィードバックコントローラ(プロセッサ16)で操作することができる。被験者12に対する出力は、テレビジョン画面に表示される映画/アニメーションを含む。
There are many embodiments and applications that can implement the
他のフィードバックのモダリティは、フィードバックコントローラにより修正できる、経皮的な電気的神経刺激(TENS)である。 Another feedback modality is transcutaneous electrical nerve stimulation (TENS) that can be modified by a feedback controller.
被験者がベッドに横になっている場合、システム10を就寝エイドとして用いることもできる。上記の方法の一つで、しかし、被験者が自由に動けるように、好ましくは心弾動計で心臓信号を測定する。光を控えめなレベルで変調して、あるいはフィードバックコントローラにより変調できる控えめな音声レベルでリラックスできるハミングサウンドにより、フィードバックを与えることができる。または、(合成)音楽を用いることもできる。
When the subject is lying on the bed, the
例えば被験者12がジム活動、ランニング、ボート漕ぎに参加しているときなど、スポーツ活動中に、スポーツマンがフィードバックを得ることもできる。特にランナーはHR測定装置をすでに身につけていることが多い。一部の活動では、自転車のハンドルなどの装置に触っている。これにより容易にECGを測定することができる。その他の多くのジム機器が同様のコンタクトを有している。同様に、(ボクサー、ラグビー選手などの)スポーツマンの場合、試合の前に正しい心的状態になることが重要である。ボクサーは、興奮し恐怖感が少なければ高いパフォーマンスを示すことができる。俳優は、表現しようとする感情を本当に感じれば、より実際に近い演技(例えば、怒り)ができる。その意味で、変更したバイオフィードバックをトレーニングツールとして使用できる。オフィスでPCを用いて仕事をしている時には、ユーザはよりリラックスできる。 For example, a sportsman can obtain feedback during a sports activity, such as when the subject 12 participates in a gym activity, running, or rowing. In particular, runners often already wear HR measuring devices. Some activities touch devices such as bicycle handles. Thereby, ECG can be easily measured. Many other gym equipment have similar contacts. Similarly, for sportsmen (boxers, rugby players, etc.) it is important to be in the right mental state before the match. Boxers can show high performance if they are excited and have little fear. An actor can perform a more realistic performance (for example, anger) if he really feels the emotion he wants to express. In that sense, the modified biofeedback can be used as a training tool. Users can be more relaxed when working with a PC in the office.
好ましい実施形態では、図6に示したように、システムは、ハンドヘルドマッサージ装置34をさらに有する。これには、被験者12が使うハンドルホール36が設けられている。任意的に、かかるマッサージ装置は、被験者の生理的パラメータを測定する手段をさらに有する。多くのハンドヘルドマッサージ装置が市場で入手可能であり、通常はプラスチックのケースと、1つ以上の振動モータとを有する。生理的センサ(この場合GSRセンサ)を有するマッサージ装置の例が米国特許第4,173,217号に開示されている。
In a preferred embodiment, the system further comprises a
図6に示した実施形態は、装置に組み込まれたセンサ14を含む。このセンサ14は、被験者12の皮膚温度やその他の生理的パラメータを測定できる。プロセッサ16は、センサ14から測定結果を受け取り、出力装置18の出力を制御する。出力装置18は、被験者12の皮膚に接触するものである。プロセッサ16は、図の下側に示したように、被験者12に変更したバイオフィードバックを提供するように構成されている。この場合、計算した値38はスキーム26に従って修正され、修正した値40が生成される。この例では、プロセッサ16は値12を10に減衰し、出力装置18により提供されるフィードバックはこの修正した値40に比例する。
The embodiment shown in FIG. 6 includes a
Claims (15)
前記被験者の1つ以上の生理的パラメータを測定する段階と、
前記測定したパラメータを用いて値を計算する段階と、
前記計算した値を修正するか決定する段階と、
前記決定が、前記値を修正するというものであるとき、前記計算した値を修正する段階と、
前記被験者に対する出力を発生する段階であって、前記出力は前記修正した値に比例する段階とを有する方法。 A method for determining a desired state in a subject,
Measuring one or more physiological parameters of the subject;
Calculating a value using the measured parameter;
Determining whether to correct the calculated value;
When the determination is to modify the value, modifying the calculated value;
Generating an output for the subject, the output being proportional to the modified value.
前記被験者の1つ以上の生理的パラメータを測定するように構成された1つ以上のセンサと、
前記測定したパラメータを用いて値を計算し、前記計算した値を修正するか決定し、前記決定が前記値を修正するものであるとき、前記計算した値を修正するように構成されたプロセッサと、
前記被験者に対する出力を発生するように構成された1つ以上の出力装置であって、前記出力は前記修正した値に比例する出力装置とを有するシステム。 A system for determining a desired state in a subject,
One or more sensors configured to measure one or more physiological parameters of the subject;
A processor configured to calculate a value using the measured parameter, determine whether to correct the calculated value, and to correct the calculated value when the determination corrects the value; ,
One or more output devices configured to generate an output for the subject, the output comprising an output device that is proportional to the modified value.
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